實驗

實驗裝置：放電球、燈管、省電燈泡、三用電表。

1.觀察放電球放電情形。

2.將手指接觸放電球玻璃表面，觀察放電球放電有何改變。

3.將省電燈泡靠近放電球，看燈泡有何反應。

4.將日光燈管靠近放電球，看燈管有何反應。用手握住燈管中間，看燈管有何反應。

5.以三用電表量測放電球附近空間的電壓。

原理思考

1.氣體放電現象原理為何?

2.放電球的原理為何?

3.放電球放電的路徑為何改變?為什麼跟著手的接觸點跑?

4.日光燈靠近放電球為何會發亮?

1.氣體分子在電場中因電子撞擊而游離，游離的電子回到較低的原子能階而釋出能量（光）。

2.放電球可視為陰極射線管的變形。利用振盪電路產生高頻的交流信號（實例）

利用變壓器提升電壓（實例）。升壓後的變壓器線圈一端封入氣壓大約數個torr的低壓玻璃罩內，罩內則充入惰性氣體（如氦或氖）。變壓器高壓線圈的另一端則配置於玻璃罩下的電路中，放電現象產生於變壓器高壓線圈兩端之間的玻璃罩中。3.放電球放電的路徑不斷改變是因為氣體分子於罩中的擾動與分布不均勻，溫度的差異與變化使游離的條件改變，造成放電路徑的改變。放電路徑會經過溫度較高的地方。手指接觸則會改變玻璃罩外的電場分布，電場集中於導電性較高的地方。4.罩外的電場分布提供點亮日光燈所需的電壓。日光燈內的汞原子受激回復後放出的紫外線激發燈管壁上的螢光物質而發光。

討論

1.高壓電塔下手握日光燈管可否點亮?

2.為什麼手握住日光燈管中央會讓燈管只亮一半?

3.放電球發出的電弧有不同的顏色，原因何在?

4.用三用電表交流與直流檔位在放電球附近可量到什麼?為什麼?

5.施加直流電壓與施加交流電壓的放電方式有何不同?

6.討論天空閃電原理。

關於實驗

放電球內的變壓器常用fly-back transformer，這是常用於傳統陰極射線管水平掃描用的高壓變壓器（使電子水平飛回）。

參考資料

"PLASMA LAMPS

製作

市售

指導老師

陳泰利

撰稿

陳泰利

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目的

演示彈性碰撞的現象。

實驗

用手舉起最下方的撞擊體，再放手任其自由落下，反彈之後，最上方的撞擊體能躍至天花板的高度。

原理思考

為什麼上方的撞擊體反彈後竟能要製天花板高度，是誰給他能量？

各撞擊體在碰撞時由彈簧提供各種撞擊體之間的作用力，越下方的撞擊體質量越大時，下方彈簧的彈力係數也需越大；因彈簧彈力消耗的機械能有限，所以各個物體之間的碰撞近似彈性碰撞。
本演示亦可用波動理論加以解釋，就像在深海傳到淺攤的海嘯，在深海地區傳播時浪高只有幾十公分，最後湧上岸的浪頭可能高達十幾公尺﹔地面撞擊產生的衝擊波，由下往上傳時，傳遞波動的介質質量愈來愈小，振動就愈激烈，於是最上方的撞擊體被撞得很高。 

討論

超新星爆炸是否也可用本演示說明。

可以。當星球核心的核反應不足以支撐重力時，星球開始塌陷。內層密度較高，上層密度較低，互相碰撞的結果，就像這個實驗，外層較輕的星球物質就被拋向渺遠的天空。

實驗器材

感謝萬能科技大學光電工程學系周鑑恆教授提供。

關於實驗

可同本網站中的實驗D19.超彈力碰撞做比較

製作

v.1 周鑑恆教授

指導老師

周鑑恆教授（萬能科技大學）

撰稿

周鑑恆教授（萬能科技大學）

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目的

瞭解磁鐵與金屬有相對運動時，如何產生渦電流(eddy surrent)，以及楞次定律(lenz law)如何解釋磁煞車效應。

實驗

實驗裝置：約一米長的鋁管一枝，垂直站立。強力磁鐵(neodymium magnet, 釹鐵硼磁鐵)、乒乓球各一只。

1.讓乒乓球在鋁管中自由下落，觀察下落的情形。

2.讓強力磁鐵在鋁管中自由下落，觀察下落的情形。

3.比較兩實驗的差別。

原理思考

為什麼掉落的速度會有差別呢？

磁鐵運動時造成週遭磁通量(magnetic flux)的變化，因此在鋁管內部產生感應電動勢(induced emf )形成渦電流(eddy current)，此時，渦電流產生的磁場方向與磁鐵的磁場方向相反，磁鐵受到相斥的作用力、也就是阻力，因此造成磁鐵以較慢的速率落下。

討論

1.若置換成其它材質（ex. 塑膠、鐵、銅…）的圓管，則會有何種情形發生？

2.相同材質不同管徑對其掉落速度影響為何?

3.若在磁鐵上施加重物，則磁鐵下落的速度是否會改變？

關於實驗

可同本網站中的下落磁鐵、感應煞車及鋁片飄浮做比較。

參考資料

 “University Physics", Rev. ed., John Wiley & Sons, 1995, USA., Ch31. 

製作

v.1 曾助理

指導老師

朱慶琪

撰稿

黃時霖、朱慶琪

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